纳米颗粒自组装形貌可控微纳多级球形粉体的发光性质研究

稀土发光材料凭借其化学稳定性高，发光强度高等优势在照明、显像等领域得到了广泛的应用。同时，该类材料的应用逐渐向其他领域扩展。为了适应新的技术需求，纳米技术的应用推动了新型微纳米多级结构粉体发光材料制备研究的不断深入。上海硅酸盐研究所透明与光功能重点实验室针对稀土离子掺杂Y2WO6纳米颗粒自组装形貌可控硅微纳多级球形粉体的自组装机理、晶体结构演变展开研究。结合实验结果，并利用北京同步辐射光源针对结构与性质关系进行了深入分析。

采用有机物辅助水热法，能够通过调控有机物的种类等控制纳米颗粒的自组装过程。在相同的水热反应条件下，引入不同种类的有机物，可以将纳米颗粒组装为空心球结构、核壳结构或杨梅果型结构。其中，柠檬酸、PVP在纳米颗粒自组装过程中显示了至关重要的作用。在较低的温度条件下（650 ~ 750℃）热处理后，观察到两种介稳相，由晶体结构中的原子最密排面不难看出材料的介稳相与稳定相之间相互联系，及升温时的无序-有序相变过程。

图1.  Y2WO6纳米颗粒自组装形貌可控硅微纳多级球形粉体。

利用北京同步辐射装置4B8真空紫外光谱实验站，通过室温与低温（14K）发光光谱测试手段观察到介稳相与稳定相在发光性质上存在显著差异。未掺杂的单斜相Y2WO6在室温和低温条件下是一种很好的蓝白光材料，而未掺杂的介稳相Y2WO6在室温和低温条件下不能观察到有效的发光。导致这一实验现象的主要原因是介稳相晶体结构中的阳离子无序占位降低能量传递效率。通过稀土离子掺杂，观察到介稳材料较稳定单斜相有更高的基质到掺杂离子能量传递效率，高发光色纯度。不同稀土离子使得同一基质具有多色发光性质，发光颜色可为红色、绿色、粉色和黄色等。高的色纯度与多色性使该类材料在照明与显像领域具有很好的应用前景。

图2. Eu3+离子掺杂介稳相(a)样品与稳定单斜相(b)样品的激发发射光谱对比。

该项研究扩展了有机物辅助水热合成方法的应用，针对纳米颗粒自组装过程中有机物的引导作用给出了合理的解释，并可以将该方法推广应用合成其他复杂多级结构的无机发光材料粉体。通过有效的测试方法，针对材料晶体结构对发光性质的影响给出了正确的阐述。在为稀土发光材料领域提供一种新型发光材料的同时，也为微纳多级球形粉体发光材料的研究提供了有益的参考。

1.Luminescent metastable Y₂WO₆:Ln³⁺ (Ln = Eu, Er, Sm, and Dy) microspheres with controllable morphology via self-assembly, J. Material Chemistry， 20(2010)10894-10900